Diseño de Canales 1.
Introdu Intr oducción cción
2.
Generalidades.-
3.
Canales de riego por su función
4.
Elementos básicos en el diseño de canales
5.
Sección Hidráulica Optima
6.
iseño de secciones !idráulicas
1.
2.
En un proyecto de irrigación la parte que comprende el diseño de los canales y obras de arte arte si bien es cierto que son de !ital importancia en el costo de la obra no es lo m" m"ss im impo port rtan ante te pu pues esto to qu quee el cau cauda dal l #a #act ctor or cl cla! a!ee en el di dise seño ño y el m" m"ss importante en un proyecto de riego es un par"metro que se obtiene sobre la base del tipo de suelo suelo culti!o condiciones clim"ticas m$todos m$todos de de riego etc. es decir mediante la con%unción de la relación agua & suelo & planta y la 'idrolog(a de manera que cuando se trata de una plani#icación de canales el diseñador tendr" una !isión mas amplia amp lia y ser ser" " mas e#icient e#iciente e mot moti!o i!o po porr lo cua cuall el ing ingeni enier ero o agr agr(col (cola a des destac taca a y predomina en un proyecto de irrigación. Canales de riego por su función función..-
)os canales de riego por sus di#erentes #unciones adoptan las siguientes denominaciones* •
•
•
Canal de primer orden.+ )lamado tambi$n canal madre o de deri!ación y se le tra,a siempre con pendiente m(nima normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos. Canal de segundo orden.+ )lamados tambi$n laterales son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos es repartido 'acia los sub & laterales el "rea de riego que sir!e un lateral se conoce como unidad de riego. Canal de tercer orden.+ )lamados tambi$n sub & laterales y nacen de los canales laterales el caudal que ingresa a ellos es repartido 'acia las propiedades indi!iduales a tra!$s de las tomas del solar el "rea de riego que sir!e un sub & lateral se conoce como unidad de rotación.
De lo anterior de deduce que !arias unidades de rotación constituyen una unidad de riego y !arias unidades de riego constituyen un sistema sistema de de riego este sistema adopta el nombre o codi#icación codi#icación del del canal madre o de primer orden. 1.
Elementos básicos en el diseño de canales.-
-e consideran algunos elementos topogr"#icos secciones !elocidades permisibles entre otros* •
ra,o de canales.+ Cuando se trata de tra,ar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguiente in#ormación in#ormación b"sica* b"sica*
•
/otogra#(as a$reas para locali,ar los poblados caser(os "reas de culti!o !(as de comunicación etc. 0lanos topogr"#icos y catastrales.
•
•
Estudios geológicos salinidad suelos y dem"s in#ormación que pueda con%ugarse en el tra,o de canales.
na !e, obtenido los datos precisos se procede a traba%ar en gabinete dando un tra,o preliminar el cual se replantea en campo donde se 'acen los a%ustes necesarios obteni$ndose #inalmente el tra,o de#initi!o. En el caso de no eistir in#ormación topogr"#ica b"sica se procede a le!antar el relie!e del canal procediendo con los siguientes pasos* a.
econocimiento del terreno.+ -e recorre la ,ona anot"ndose todos los detalles que in#luyen en la determinación de un e%e probable de tra,o determin"ndose el punto inicial y el punto #inal.
b.
ra,o preliminar.+ -e procede a le!antar la ,ona con una brigada topogr"#ica cla!ando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el le!antamiento con teodolito posteriormente a este le!antamiento se ni!elar" la poligonal y se 'ar" el le!antamiento de secciones trans!ersales estas secciones se 'ar"n de acuerdo a criterio si es un terreno con una alta distorsión de relie!e la sección se 'ace a cada 5 m si el terreno no muestra muc'as !ariaciones y es uni#orme la sección es m"imo a cada 2 m.
c.
ra,o de#initi!o.+ Con los datos de b se procede al tra,o de#initi!o teniendo en cuenta la escala del plano la cual depende b"sicamente de latopogra#(a de la ,ona y de la precisión que se desea*
•
errenos con pendiente trans!ersal mayor a 257 se recomienda escala de
o
1*5. o
•
errenos con pendiente trans!ersal menor a 257 se recomienda escalas de 1*1 a 1*2.
adios m(nimos en canales.+ En el diseño de canales el cambio brusco de dirección se sustituye por una cur!a cuyo radio no debe ser muy grande y debe escogerse un radio m(nimo dado que al tra,ar cur!as con radios mayores al m(nimo no signi#ica ning8n a'orro de energ(a es decir la cur!a no ser" 'idr"ulicamente m"s e#iciente en cambio s( ser" m"s costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo.
)as siguientes tablas indican radios m(nimos seg8n el autor o la #uente* abla DC1. adio m(nimo en canales abiertos para 9 : 1 m3;s Capacidad del canal
Radio mínimo
Hasta 10 m3/s
3 * ancho de la base
De 10 a 14 m3/s
4 * ancho de la base
De 14 a 17 m3/s
5 * ancho de la base
De 17 a 20 m3/s
6 * ancho de la base
De 20 m3/s a mayo
7 * ancho de la base
!os adios mínimos deben se edondeados hasta el p"#imo meto s$peio
/uente* <=nternational =nstitute /or )and eclamation >nd =mpro!ement< =)= 0rincipios y >plicaciones del Drena%e omo =? @ageningen 'e Aet'erlands 1B. abla DC2. adio m(nimo en canales abiertos en #unción del espe%o de agua C%&%!'( D' R)'+
C%&%!'( D' DR'&%,'
Tipo
Radio
Tipo
Radio
($b - canal
4.
Colecto pincipal
5.
!ateal
3.
Colecto
5.
($b - lateal
3.
($b - colecto
5.
(iendo . el ancho s$peio del espeo de a$a
/uente* -al,gitter Consult FGH <0lani#icación de Canales Iona 0iloto /erreña#e< omo ==; 1+ 0royecto ina%ones & C'iclayo 1B4. abla DC3. adio m(nimo en canales abiertos para 9 J 2 m3;s Capacidad del canal 20 m3/s
15 m3/s
10 m3/s
5 m3/s 1 m3/s
05 m3/s
/uente* Finisterio de >gricultura y >limentación Golet(n $cnico A+
-obre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio m(nimo que m"s se a%uste a nuestro criterio. •
Elementos de una cur!a.+
%
%co es la lonit$d de
C
C$eda laa es la c$e
%n$lo de de8le#i"n 8
'
'#tenal es la distanci
:
:lecha es la lonit$d d
ado es el ;n$lo ce
!C
!onit$d de c$a $e
C
incipio de $na c$a
)
$nto de in8le#i"n
.
$nto de tanente
(C
$nto sobe c$a
(.
$nto sobe tanente
R
Radio de la c$a
(.
($b tanente distancia
•
asante de un canal.+ na !e, de#inido el tra,o del canal se proceden a dibu%ar el per#il longitudinal de dic'o tra,o las escalas m"s usuales son de 1*1 o 1*2 para el sentido 'ori,ontal y 1*1 o 1*2 para el sentido !ertical normalmente la relación entre la escala 'ori,ontal y !ertical es de 1 a 1 el dibu%o del per#il es recomendable 'acerlo sobre papel milimetrado transparente color !erde por ser m"s pr"ctico que el c"nson y adem"s el color !erde permite que se noten las l(neas milim$tricas en las copias o,alid.
0ara el diseño de la rasante se debe tener en cuenta* •
•
•
•
•
)a rasante se debe e#ectuar sobre la base de una copia o,alid del per#il longitudinal del tra,o no se debe traba%ar sobre un borrador de $l 'ec'o a l"pi, y nunca sobre el original. ener en cuenta los puntos de captación cuando se trate de un canal de riego y los puntos de con#luencia si es un dren. )a pendiente de la rasante de #ondo debe ser en lo posible igual a la pendiente natural promedio del terreno cuando esta no es posible debido a #uertes pendientes se proyectan ca(das o saltos de agua. 0ara de#inir la rasante del #ondo se prueba con di#erentes ca%as 'idr"ulicas c'equeando siempre si la !elocidad obtenida es soportada por el tipo de material donde se construir" el canal. El plano #inal del per#il longitudinal de un canal debe presentar como m(nimo la siguiente in#ormación.
•
Kilometra%e
•
Cota de terreno
•
Cota de rasante
•
0endiente
•
=ndicación de las de#leiones del tra,o con los elementos de cur!a
•
bicación de las obras de arte
•
-ección o secciones 'idr"ulicas del canal indicando su Lilometra%e
•
ipo de suelo
0ara !er el gr"#ico seleccione la opción nc'o superior del canal
b M 0lantilla , M ?alor 'ori,ontal de la inclinación del talud C M Germa del camino puede ser* 5N 5N 1 m. seg8n el canal sea de tercer segundo o primer orden respecti!amente. ? M >nc'o del camino de !igilancia puede ser* 3N 4 y 6 m. seg8n el canal sea de tercer segundo o primer orden respecti!amente. H M >ltura de ca%a o pro#undidad de rasante del canal. En algunos casos el camino de !igilancia puede ir en ambos m"rgenes seg8n las necesidades del canal igualmente la capa de rodadura de 1 m. a !eces no ser" necesaria dependiendo de la intensidad del tra#ico. 1.
Determinación de F"ima E#iciencia Hidr"ulica.
-e dice que un canal es de m"ima e#iciencia 'idr"ulica cuando para la misma "rea y pendiente conduce el mayor caudal $sta condición est" re#erida a un per(metro '8medo m(nimo la ecuación que determina la sección de m"ima e#iciencia 'idr"ulica es* siendo q el "ngulo que #orma el talud con la 'ori,ontal arctan 1;, Determinación de F(nima =n#iltración. -e aplica cuando se quiere obtener la menor p$rdida posible de agua por in#iltración en canales de tierra esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal la ecuación que determina la m(nima in#iltración es* )a siguiente tabla presenta estas condiciones adem"s del promedio el cual se recomienda.
abla DC4. elación plantilla !s. tirante para m"ima e#iciencia m(nima in#iltración y el promedio de ambas. Talud
1/4=1 1/2=1
4/7=1 3/4=1
1=1
1>=1 1?=1
2=1 3=1
De todas las secciones trape,oidales la m"s e#iciente es aquella donde el "ngulo a que #orma el talud con la 'ori,ontal es 6O adem"s para cualquier sección de m"ima e#iciencia debe cumplirse* M y;2 donde* M adio 'idr"ulico y M irante del canal Ao siempre se puede diseñar de acuerdo a las condiciones mencionadas al #inal se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseño propio para cada situación. 2.
Sección Hidráulica Optima
3.
iseño de secciones !idráulicas.-
-e debe tener en cuenta ciertos #actores tales como* tipo de material del cuerpo del canal coe#iciente de rugosidad !elocidad m"ima y m(nima permitida pendiente del canal taludes etc.
)a ecuación m"s utili,ada es la de Fanning o -tricLler y su epresión es* donde* 9 M Caudal m3;s n M ugosidad > M >rea m2 M adio 'idr"ulico M >rea de la sección '8meda ; 0er(metro '8medo En la tabla DC6 se muestran las secciones m"s utili,adas. •
Criterios de diseño.+ -e tienen di#erentes #actores que se consideran en el diseño de canales aunque el diseño #inal se 'ar" considerando las di#erentes posibilidades y el resultado ser" siempre una solución de compromiso porque nunca se podr"n eliminar todos los riesgos y des!enta%as 8nicamente se asegurar"n que la in#luencia negati!a sea la mayor posible y que la solución t$cnica propuesta no sea incon!eniente debido a los altos costos. a.
abla DC5. ?alores de rugosidad
b.
n
Superficie
0010
@$y lisa idio pl;stico cobe
0011
Conceto m$y liso
0013
@adea s$ae metal conceto 8o
0017
Canales de tiea en b$enas condi
0020
Canales nat$ales de tiea libes
0025
Canales nat$ales con al$na ee
0035
Canales nat$ales con ab$ndante
0040
%oyos de montaAa con m$chas
abla DC6. elaciones geom$tricas de las secciones trans!ersales m"s #recuentes.
c.
d.
ugosidad.+ Esta depende del cauce y el talud dado a las paredes laterales del mismo !egetación irregularidad y tra,ado del canal radio 'idr"ulico y obstrucciones
en el canal generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal est" recientemente abierto limpio y con un tra,ado uni#orme sin embargo el !alor de rugosidad inicialmente asumido di#(cilmente se conser!ar" con el tiempo lo que quiere decir que en al pr"ctica constantemente se 'ar" #rente a un continuo cambio de la rugosidad. )a siguiente tabla nos da !alores de
Roca
($elos de t$ba y detitos
%cilla compacta o tiea con ec$bimiento de conceto
.iea con ec$bimiento de pieda o tiea en andes canales %cilla 8ima o tiea en canales pe$eAos
.iea aenosa s$elta eda aenosa o acilla poosa
/uente* >guirre 0e Puli"n guas y ierras & C=D=> Ferida ?ene,uela 1B4 abla DC. 0endientes laterales en canales seg8n tipo de suelo MATERIAL
Roca en b$enas condiciones
%cillas compactas o conlomeados !imos acillosos
!imos aenosos
%enas s$eltas
Conceto
/uente* >guirre 0e Puli"n guas y ierras & C=D=> Ferida ?ene,uela 1B4 e.
alud apropiado seg8n el tipo de material.+ )a inclinación de las paredes laterales de un canal depende de !arios #actores pero en especial de laclase de terreno donde
est"n alo%ados la .-. GE> Q/ EC)>F>=QA recomienda un talud 8nico de 15*1 para sus canales a continuación se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material* )a !elocidad m"ima permisible algo bastante comple%o y generalmente se estima empleando la eperiencia local o el %uicio del ingenieroN las siguientes tablas nos dan !alores sugeridos. abla DCB. F"ima !elocidad permitida en canales no recubiertos de !egetación MATERIAL DE LA CAJA DEL CANAL
%ena 8ina coloidal
:anco aenoso no coloidal :anco limoso no coloidal
!imos al$iales no coloidales
:anco consistente nomal
Ceni9a olc;nica %cilla consistente m$y coloidal
!imo al$ial coloidal i9aa y capas d$as
aa 8ina
($elo 8anco clasi8icado no coloidal
($elo 8anco clasi8icado coloidal aa $esa no coloidal
aas y $iaos
/uente* Kroc'in -!iatosla!.
R'()(.'&C)% en B/cm2
50
75 100
150
200
/uente* Kroc'in -!iatosla!. Q/ EC)>F>=QA recomienda que para el caso de re!estimiento de canales de 'ormigón no armado las !elocidades no deben eceder de 2.5 m;seg. 0ara e!itar la posibilidad de que el re!estimiento se le!ante. #.
?elocidades m"ima y m(nima permisible.+ )a !elocidad m(nima permisible es aquella !elocidad que no permite sedimentación este !alor es muy !ariable y no puede ser determinado con eactitud cuando el agua #luye sin limo este !alor carece de importancia pero la ba%a !elocidad #a!orece el crecimiento de las plantas en canales de tierra da el !alor de .62 m;seg. Como la !elocidad apropiada que no permite sedimentación y adem"s impide el crecimiento de plantas en el canal.
g.
Gorde libre.+ Es el espacio entre la cota de la corona y la super#icie del agua no eiste ninguna regla #i%a que se pueda aceptar uni!ersalmente para el calculo del borde libre debido a que las #luctuaciones de la super#icie del agua en un canal se puede originar por causas incontrolables.
)a .-. GE> Q/ EC)>F>=QA recomienda estimar el borde libre con la siguiente #ormula* donde* Gorde libre* en pies. C M 1.5 para caudales menores a 2 pies3 ; seg. y 'asta 2.5 para caudales del orden de los 3 pies3;seg. R M irante del canal en pies )a secretar(a de ecursos Hidr"ulicos de F$ico recomienda los siguientes !alores en #unción del caudal* abla DC11. Gorde libre en #unción del caudal Ca$dal m3/se
005
005 - 025 025 - 050
050 - 100 100
/uente* Finisterio de >gricultura y >limentación Golet(n $cnico A+
Hasta 0E 0E - 15
15 - 30 30 - 200
/uente* ?illón G$%ar F"imoN gr(cola & =nstituto ecnológico de Costa ica Editorial Ho,lo )ima 1B1